浅议工程力学在实际工程中的实际应用

浅议工程力学在实际工程中的实际应用

解开宏

（云南经贸外事职业学院）

摘要：学习工程力学是为了解决工程和生产实际中的一些实际问题。本文通过一些简单的实例介绍了实际中工程力学知识的运用，说明了学习工程力学的重要性，因此要求每个理工科的学生都要好好学习好这门课程为将来的工作和科研打下扎实的基础。

关键词：工程力学；工程；生产；应用

1 引言

工程力学课程包括理论力学和材料力学两部分。理论力学研究质点系和刚体系统机械运动（包括平衡）的基本规律，主要讲述物体的受力分析、力系简化和物体及物体系统的平衡，点和刚体的运动学分析，质点与质点系的动力学分析的研究方法。材料力学的主要任务是在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件工程设计提供必要的理论基础和计算方法。使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动的基本规律及其研究方法，对杆件的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和熟练的计算能力。为学生后继学习机械原理、机械设计等课程及有关的科学技术打好必要的力学基础，学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决一些简单的工程实际问题。

2 工程力学要解决的问题

2．1 强度校核

强度是反映零件或构件抵抗破坏的能力的指标,强度不够将会导致零件或因此在工程

设计中必须对所设计的构件进行强度计算,其强度条件为：

< [σ]

σ

max

σ

max

－零件或构件所承受的最大应力

[σ] －零件或构件的材料所能承受的最大应力即材料的许用应力

即当零件或构件所承受的最大应力小于其材料的许用应力时，零件或构件才能被安全使用。

2．2 截面设计

截面设计是指零件或构件的在使用过程中能满足许用应力要求的最小截面积，其计算公式为：

A

min ≧ F

N

/[σ]

A

min

－零件或构件的在使用过程中能满足许用应力要求的最小截面积

F

N

－零件或构件的在使用过程中所承受的载荷

[σ] －零件或构件的材料所能承受的最大应力即材料的许用应力

2．3 确定承载能力

确定承载能力是指计算零件或构件满足使用要求时所能承受的最大的力，其计算公式为：

F N，max≦ A[σ]

F N，max－零件或构件满足使用要求时所能承受的最大的力

A －零件或构件的截面积

[σ] －零件或构件的材料所能承受的最大应力即材料的许用应力

3 工程力学问题解决实例

3．1 强度校核

带轮用平键与轴联接（图中只画出了轴与键，未画带轮）。已知图示轴径d=80mm，平键的尺寸为bxhxl= 24x14x120mm，传递的力偶矩为m=3kN.m，键的许用剪应力[τ]=80MPa，许用挤压应力[σj]=180MPa，试校核键的强度。

平键的剪切强度足够。

挤压强度校核：

故平键的挤压强度也足够。

3．2 截面设计

下图所示传动轴，主动轮B 输入功率P 1=368kW ，从动轮A ，C 输出的功率分别为P 2=147kW, P 3=221kW ，轴的转速n =500r/min ，材料的G =80GPa ，许用切应力[]τ=70MPa ，试设计轴的直径。

解： Nm n p m 70285003689549954911=⨯=⨯= Nm n p m 66.4220500

2219549954933=⨯=⨯= 轴的最大扭矩为7028Nm

mm T d d T 5.67][16][1613

3

=≥⇒≤σπτπ由轴的强度条件： 因此可取轴的直径为68mm

3．3 载荷设计

“T ”字形截面铸铁粱尺寸及载荷如图所示，若梁材料的拉伸许用应力为[]拉σ=40MPa ，压缩

许用应力为[]压σ= 160MPa ，Z 轴通过截面的形心，已知截面对形心轴Z 的惯性矩

410180cm I Z =，h=9.64cm ，试计算该梁的许可载荷F 。

A B C P 1 P 2 P 3

解：作梁的弯矩图如下，脆性材料且截面关于中性轴不对称，故危险截面为最大正负弯矩两处

最大正弯矩处，上压下拉

kN F F kN F F c c t t 5.132][1010180)0964.0250.0(8.08.52][10101800964.08.08181≤⇒≤⨯-⨯=≤⇒≤⨯⨯=

--σσσσ

最大负正弯矩处，上拉下压

kN F F t t 2.44][10

10180)0964.0250.0(6.082≤⇒≤⨯-⨯=-σσ

所以：kN F 2.44≤

即该梁的许可载荷F 最大不得超过44.2KN

4 结束语

工程力学是由基础理论课过渡到设计课程的一门技术基础课。它的任务是研究简单机构的受力分析以及工程构件的强度、刚度和稳定性计算，为工程设计提供力学理论基础。在工程实际中可以帮我们解决强度校核、截面设计、载荷计算三大类工程问题，因此每位学习者都应该学好这门课程。

参考文献：

[1] 程婧璠. 工程力学[J].吉林：吉林大学出版社,2011.

[2] 尹楠. 工程力学[M]. 西安：国防科技大学出版社,2009.

[3] 刘鸿文. 材料力学教程[M].北京：机械工业出版社，1993.

[4] 孙训方. 材料力学[M]. 2版 . 北京：高等教育出版社，1991.

作者简介

解开宏，云南经贸外事职业学院，云南昆明，650114